JP2002500336A - 弁座内のハードなチューブの流体チャンネルとフレシブルな密封ダイアフラムとを有するソレノイドバルブ - Google Patents

弁座内のハードなチューブの流体チャンネルとフレシブルな密封ダイアフラムとを有するソレノイドバルブ

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Abstract

(57)【要約】 バルブアッセンブリーは、一体のＴｅｆｌｏｎ（商標）のバルブハウジング（１０）を有している。一対のリジッドのチューブ（６０）が弁座（４０）の開口（３６，４８）に配置されており、 各チューブは、対応する開口（３６，４８）の周縁を液密封止する。前記チューブは、所定のクリアランスをもって前記ハウジングの面（４２）から僅かに突出している。弾性のマテリアルから作られたダイアフラム（６２）が弁座（４０）を覆う。前記ダイアフラム（６２）の周縁（６６）は、弁座（４０）の周縁に液密に封止係合する。 前記ダイアフラム（６２）の中央部（６３）は、ソレノイド（１２）に結合されている。ソレノイド（１２）によって、前記ダイアフラム中央部（６３）は、弁座（４０）から離れる閉止位置と前記チューブ（６０）の端部を覆わない開放位置との間を動く。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［関連出願の相互参照事項］ この出願は、１９９８年１月２日に出願された米国仮出願第６０／０７０，
３４０の優先権を主張する。
【０００２】 ［連邦援助の研究又は開発に関する声明］ 適用なし
【０００３】 この発明は、流体の流れをコントロールするバルブに関し、さらに詳しくは
ソレノイドにより流体通路を開閉するように作動される弾性のダイアフラム又は
類似の部材を有するバルブに関するものである。
【０００４】
【従来の技術】
ソレノイドにより作動されるバルブは、各種形式の流体分与システムに広く
使用され、流体の流れをコントロールするようになっている。これらのバルブは
多くの場合弾性マテリアルから作ったダイアフラム又は類似の部材を使用して、
バルブを閉じたとき、バルブ内の一つ又は複数の流体通路を望み通りに密封する
ようになっている。このダイアフラムの開放位置と閉止位置との間の動きは、ソ
レノイドによりコントロールされ、これは、多様のコントロール回路からの適切
な電気信号を受ける。例えば、前記ソレノイドは、プロセスコントロールプロフ
ラムを遂行するワークステーションからのアウトプットによりコントロールされ
る。一つのバルブ構成においては、ダイアフラムは、弁座に押圧されてバルブを
閉じる。この位置においては、前記ダイアフラムは、前記弁座に形成された一つ
又は複数の開口を密接封止し、これによって、前記開口に通じる通路間の流体流
れを阻止する。前記ダイアフラムは、前記弁座から引き離されてバルブを開放し
、この位置にあっては、前記開口を塞がず、通路間に流体が流れるようにする。
【０００５】 流体コントロールシステムのいくつかのものにおける流体は、該流体にそっ
て前記システム内をサスペンションの状態で移動する小さな粒子を含んでいる。
これらの粒子は、好ましい成分又は沈殿物のような好ましくない副産物である。
いずれの場合にあっても、前記粒子は、前記流体処理設備にとって悪影響を及ぼ
してしまう。例えば、上記したバルブ内において、前記粒子類は、前記バルブが
閉じているとき、前記ダイアフラムと前記弁座との間で圧縮される。これら粒子
によって、前記ダイアフラムと前記弁座との間に形成されたシールの有効性が減
殺され、その結果、バルブの加圧された作動が中途半端になってしまう。また、
前記粒子で前記バルブのダイアフラム、弁座その他の要素の摩耗（例えば、くぼ
み、スクラッチなど）を招いてしまう。この生じる摩耗により、耐用寿命が短く
なり、不具合の率が高まることになる。損傷が直らなければ、バルブ通路に漏洩
生じたり、及び／又は、動作の間バルブが閉塞してしまったりする。
【０００６】 多くのバルブにおける別の欠点は、保守が比較的困難である点である。バル
ブによっては、損傷を受けやすいパーツを交換するにはバルブを部分的に分解又
は全部分解したり、このための特別な工具や装置又は他の配慮しなければならな
い構造になっている。これらの難点により、バルブの耐用期間にわたり保守の費
用が嵩んでしまう。
【０００７】 粒子を含む流体に使用されるバルブを流体圧送の間効率良く作動させ、バル
ブの構成要素に対する流体に含まれる粒子の摩耗作用をなくし、バルブの耐用期
間の延命を図り、不具合発生率を抑えることができるようにバルブを改良するこ
とが望まれている。さらに、バルブの管理のトータルコストを低減するために、
バルブの保守の改善が望まれる。
【０００８】 この発明によれば、開示されているバルブは、加圧流体システムに使用され
ることができ、流体に含まれる粒子により生じる不具合及び摩耗に対する抵抗力
が改善されたものである。
【０００９】 記載されているバルブにおいては、バルブハウジングは、弁座を形成する凹
所領域を有し、さらにまた、該弁座内に形成された一対の流体チャンネルを有し
ていて、該チャンネルは、前記弁座の中央の平坦な領域に端部を有している。一
対のリジッドなチューブが前記弁座における流体チャンネル内にそれぞれ配置さ
れており、各チューブは、対応する流体チャンネルのリムを液密に封止する。前
記チューブは、所定のクリアランスをもって前記弁座の面から僅かに突出してい
る。
【００１０】 弾性がある不浸透性のマテリアルから作られたダイアフラムが前記弁座を覆
う。このダイアフラムの周縁のエッジは、前記弁座の周縁と液密に密接封止係合
する。前記ダイアフラムは、前記弁座に対する閉止位置と、前記弁座から離れる
開放位置との間を動く中央部を有する。このダイアフラムの中央部の動きは、弁
座領域における前記ダイアフラムの上位に配置されたソレノイドによりコントロ
ールされる。前記ダイアフラムの中央部が閉止位置のとき、該中央部は、前記チ
ューブの突出した端部を封止被覆すると共に前記ダイアフラムと前記弁座の面と
の間に所定のクリアランスが維持される。前記ダイアフラムの中央部が開放位置
にあるとき、該中央部は、前記チューブの端部を覆わず、それらの間を流体が流
れる。 前記バルブの構造により、閉止位置にあるときは、前記ダイアフラムは、前
記弁座に対し押圧されないから、流体にサスペンドされている粒子が前記弁座と
前記ダイアフラムとの間に留められたり、圧縮されたりされなくなる。したがっ
て、加圧シールを行う前記バルブの性能が改善される。また、前記バルブは、摩
耗しなくなり、不具合になることもなくなる。
【００１１】 この発明の他のアスペクト、特徴及び利点は、以下の詳細な記述に開示され
ている。
【００１２】 図１の六方向バルブアッセンブリーにおいては、バルブハウジング１０は、
６個のソレノイド１２がその周辺にとりつけられている。これらソレノイド１２
は、対応する対の配線１４により作動されるもので、該配線は、バルブアッセン
ブリーのコントローラ（図１には示されていない）へ接続されるようになってい
る。バルブハウジング１０は、成形又は機械加工されたテフロンから作られてい
る。バルブハウジング１０の面には、共有される開口１６が中央に位置し、又、
ハウジング１０には、６つの個々の開口１８それぞれが対応するソレノイド１２
の近くに位置している。各開口１６，１８には、ねじ溝がきってあり、バルブア
ッセンブリーと他の流体処理設備（図１には示されていない）との間を流体を運
ぶチューブへの連結具を受けるようになっている。一対の補助開口２０を用いて
、使用の際必要になるホルダーに前記バルブアセンブリーを装着する。
【００１３】 図２を参照すると、各ソレノイド１２は、一体のがっちりしたボディ２２と
トップカバー２３とを有している。ボルト２４がハウジング１０の表面に埋設さ
れたねじ溝タップに螺合する。各トップカバー２３は、ボルト２６によりそれぞ
れのボディに取り付けられる。各トップカバー２３の開口２７を介して配線１４
が各ソレノイド１２内の電気コイル（図２には示されていない）から抜け出るよ
うになっている。
【００１４】 操作の間、各ソレノイド１２は、励磁又は励磁解除されて、ハウジング１０
内に形成された６本の流体通路の対応する１本をそれぞれ開放又は閉止する。こ
の操作については、詳しく後記する。
【００１５】 図３は、各ソレノイド１２にワイヤーコイル３２と前記コイル３２内に配置
されたシリンドリカルの磁性案内シャフト３０とが含まれていることを示す。こ
の案内シャフト３０は、ソレノイドのボディ２２の開口を通って延びている。コ
イルスプリング３４が各案内シャフト３０の外側端部にある凹部に位置し、トッ
プカバー２３を受けている。６本のチャンネル３６がハウジング１０の中央で互
いに連通している。各チャンネル３６は、図１の共有の開口１６とバルブハウジ
ング１０の表面における対応する弁座における開口との間の通路を形成する。前
記弁座の詳細は、後記する。
【００１６】 各スプリング３４が対応する案内シャフト３０を対応する弁座に向けて付勢
し、前記バルブを閉止する。コイル３２が励磁されると、案内シャフト３０は、
前記弁座からソレノイド１２の外側端部方向へ引き上げられるようにして離れ、
前記バルブが開放される。
【００１７】 図４と図５とは、ソレノイド１２を離したバルブハウジング１０を示す。ハ
ウジング１０の六つの側面それぞれには、弁座４０が形成されている。各弁座４
０は、それぞれの側面に設けられた概ねシリンドリカルの形状をした凹部であっ
て、フラットな内面又は底面４２を有している。各弁座４０の底面４２には、二
つの孔４４，４６が形成されている。孔４４は、対応する配分されたチャンネル
３６の終点であり、該チャンネルは、孔４４とハウジング１０の面における共有
する開口１６（図１）とを連通させる。孔４６は、対応する個々のチャンネル４
８（図５に示す）の終点であり、このチャンネルは、孔４６とハウジング１０の
面の対応する個々の開口１８（図１）と連通させている。
【００１８】 図６は、弁座領域４０に対しソレノイド１２が当接する態様の概略を示す。
各チャンネル３６，４８には、ステンレススチールのチューブ６０が内蔵されて
いる。該チューブ６０は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような硬
いプラスイチック又はその他のしっかりした不活性マテリアルズから作られてい
てもよい。各チューブ６０の外側面は、対応するチャンネル３６，４８の周面に
対し液密に接する圧縮状態のシールを形成する。各チューブ６０の一端は、所定
のクリアランスをもって弁座４０の底面から僅かに突出している。このクリアラ
ンスは、以下のようにして選定される。
【００１９】 フレキシブルなダイアフラム６２が案内シャフト３０のねじ溝つき凹所に位
置されている。このダイアフラム６２を図７，図８に示す。ダイアフラム６２は
、小柱状の中央部６３を有し、これは、案内シャフト３０のねじ溝つき凹所にね
じこまれている。ダイアフラム６２は、フレキシブルで、不活性であり、弾性が
あるマテリアルで作られている。好ましいマテリアルには、テフロン及び「ＣＨ
ＥＭＲＡＺ（登録商標）（Ｇｒｅｅｎｅ，Ｔｗｅｅｄ ＆ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．か
ら入手可能）又はＫＡＬＲＥＺ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ，Ｉｎｃ．から入手
可能）のようなパーフルオロエラストマーが含まれる。
【００２０】 ダイアフラム６２は、下位中央部６４と周辺のシーリングエッジ６６とを有
し、このエッジは、弁座４０の周縁に形成されたノッチ６８にほぼ合致するよう
になっている。シーリングエッジ６６は、ソレノイドボディ２２の環状突部７０
でノッチ６８に押し込まれる。ダイアフラム６２の中央部６４とシーリングエッ
ジ６６とは、比較的薄く、フレキシブルな部分７２で結合されていて、この部分
によって中央部６４が弁座４０に近接したり、離れたりするようになると一方シ
ーリングエッジ６８は、ソレノイドボディ２２とバルブハウジング１０との間に
固定される。
【００２１】 前記バルブの閉止位置が図６に示されており、開放位置が図９に示されてい
る。前記バルブは、案内シャフト３０がコイル３２の作動により弁座４０から強
制的に離されているとき開いている（図３）。前記バルブが開いているとき、前
記チューブ６０の端部は、覆われておらず、流体がチャンネル３６，４８の間に
流れるようになる。前記コイル３２が励磁されていないときは、前記バルブは閉
じ、その結果、案内シャフト３０は、コイルスプリング３４に付勢されて弁座４
０へ動かされる（図３参照）。前記バルブが閉止しているとき、ダイアフラム６
２の中央部６４がチューブ６０の端部を密接に覆い、前記チャンネル３６，４８
の間に流体が流れなくなる。ダイアフラム６２と弁座底面４２との間には、所定
のクリアランスが保たれている。このクリアランスは、前記チューブ６０が前記
底面４２から上方へ突出する突出量と実質的に等しいものである。この値は、前
記バルブの閉止時、前記流体により運ばれる粒子が前記ダイアフラム６２と前記
底面４２との間で圧縮されることを防ぐように選定される。
【００２２】 ソレノイド操作のバルブアッセンブリーが記載されている。上記したバルブ
アッセンブリー装置のモディフィケーション及びバリエーションがここに記載の
発明コンセプトを逸脱することなく可能であることは、当業者にとって明らかな
ことである。したがって、この発明は、添付の特許請求の範囲の範囲と精神によ
ってのみ専ら解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による六方向バルブアッセンブリーの表面図。
【図２】 図１のバルブアッセンブリーの端面図。
【図３】 図２のバルブアッセンブリーの３−３線にそう断面図。
【図４】 図１のバルブアッセンブリーに使用されているバルブハウジング
の端面図。
【図５】 図４のバルブアッセンブリーの５−５線にそう断面図。
【図６】 バルブが”閉止”状態あるときの図１のバルブアッセンブリーに
おける弁座領域の断面図。
【図７】 図６の弁座領域に配置されたダイアフラムの上側の斜視図。
【図８】 図７のダイアフラムの底面側の斜視図。
【図９】 バルブが”開放”状態あるときの図１のバルブアッセンブリーに
おける弁座領域の断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H106 DA07 DA13 DA23 DA32 DB02 DB12 DB23 DB32 DB39 DC02 DC14 DD03 DD07 EE29 EE30 EE35 EE39 EE40 GB08 KK00 3J071 AA01 AA11 BB14 CC12 EE02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】以下を備えるバルブ： バルブハウジングであって、このハウジングは、弁座を形成する凹所領域
    を有し、この弁座は、その中央領域が実質的に平坦で、その周縁にそってシーリ
    ングエッジを有しており、前記バルブハウジングは、その内部に第１と第２の流
    体チャンネルを有し、これらチャンネルは、前記弁座の中央領域にある開口で終
    端となるもの； 前記弁座の流体チャンネルの開口にそれぞれ配置されている一対のチュー
    ブであって、各チューブは、対応する開口の周縁を液密にシールする構成であり
    、各チューブの一端は、前記弁座の中央領域から僅かに突出しているもの； 前記弁座を覆うダイアフラムであって、このダイアフラムは、弾性がある
    不浸透性のマテリアルから作られており、前記弁座のシーリングエッジと液密に
    密接封止係合する周縁のシーリングエッジ有し、前記ダイアフラムは、前記弁座
    に対する閉止位置と、前記弁座から離れる開放位置との間を動く中央部を有する
    一方前記ダイアフラムのそれぞれのエッジとと前記弁座との間の密接封止係合が
    維持され、前記ダイアフラムの中央部は、閉止位置のとき、前記弁座に向けて十
    分に伸びて、前記チューブの突出端部を封止カバーすると共に前記中央部は、開
    放位置にあるとき、前記チューブの突出端部を覆われないように前記弁座から離
    れるように伸びる構成のもの； 前記ダイアフラムの中央部に結合されたソレノイドであって、このソレノ
    イドは、該ソレノイドに作用する電気信号の働きで、前記ダイアフラムの中央部
    を閉止位置と開放位置の両位置に保つように作動するものであり、前記ソレノイ
    ドは、閉止位置にあるときは、前記ダイアフラムの中央部に十分な力を作用させ
    て、前記バルブの加圧された作動の間前記ダイアフラムと前記チューブの突出し
    た端部との間をそれぞれ封止する構成のもの。
  2. 【請求項２】前記ソレノイドは、前記弁座に対し垂直な軸にそって延び、前
    記ダイアフラムに対面する凹所を有する案内シャフトを含み、該案内シャフトは
    、前記ソレノイドに作用する電気信号に応答して第１と第２の位置との間を動く
    ことができるものであり、前記第１と第２の位置は、前記バルブの開放位置と閉
    止位置とにそれぞれ対応するもので、このような構成において、前記ダイアフラ
    ムは、前記弁座から離れる方向へ前記中央部から延びている柱状の部分を有し、
    この柱状の部分は、前記案内シャフトの凹所内に保持され、これによって、前記
    ダイアフラムの中央部は、前記案内シャフトが前記第１と第２の位置とのいずれ
    かへ動くにつれ、前記開放位置と閉止位置とのいずれかへ動く構成である請求項
    １によるバルブ。
  3. 【請求項３】前記ソレノイドが以下を備える請求項２によるバルブ： 前記案内シャフトを内蔵するボディ； 前記案内シャフトと前記ボディとの間に配置のスプリングであって、この
    スプリングは、前記ソレノイドが励磁されていないときは、前記案内シャフトを
    前記第２の位置に保持するように作動し、これによって前記バルブが前記閉止位
    置に付勢される構成のもの；及び 前記案内シャフトを囲むコイルであって、このコイルは、前記ソレノイド
    が励磁されて前記バルブを開放するとき、前記案内シャフトを前記第１の位置へ
    動かすように動作する構成のもの。
  4. 【請求項４】前記弁座のシーリングエッジは、前記ダアイアフラムのシーリ
    ングエッジが圧縮されて位置されるノッチ部分を有している請求項１によるバル
    ブ。
  5. 【請求項５】前記ソレノイドは、弁座を囲むボディ部分を含み、該部分の隆
    起部が前記ノッチに延びて前記ダイアフラムのシーリングエッジを前記弁座のシ
    ーリングエッジに対し保持する請求項４によるバルブ。
  6. 【請求項６】前記ノッチは、断面がＪ形状をしていて、前記ダイアフラムの
    シーリングエッジが対応する形状をしていて、前記ノッチに入り、前記弁座のシ
    ーリングエッジと密接係合する請求項５によるバルブ。
  7. 【請求項７】前記弁座のシーリングエッジは、ノッチの断面になっており、
    これに前記ダイアフラムのシーリングエッジが圧縮されて位置し、前記ソレノイ
    ドは、前記弁座に対し垂直な軸にそって延び、前記ダイアフラムに対面する凹所
    を有する案内シャフトを含み、該案内シャフトは、前記ソレノイドに作用する電
    気信号に応答して第１と第２の位置との間を動くことができるものであり、前記
    第１と第２の位置は、前記バルブの開放位置と閉止位置とにそれぞれ対応するも
    のであり、前記案内シャフトは、前記ダイアフラムに取り付けられて、前記ダイ
    アフラムは、前記案内シャフトが前記第１と第２の位置との間を動くに連れ、前
    記開放位置と閉止位置との間を動き、そしてさらに、前記ソレノイドと前記ハウ
    ジングとの間に案内シャフトのホルダーを備え、この案内シャフトのホルダーは
    、前記案内シャフトが通る中央開口を有し、前記案内シャフトのホルダーは、前
    記中央開口を囲み、前記弁座の切り込まれたシーリングエッジに達する隆起部を
    有して、前記ダイアフラムのシーリングエッジを前記弁座のシーリングエッジに
    対し保持する請求項１によるバルブ。
  8. 【請求項８】前記ソレノイドは、ノーマルには、前記ダイアフラムの中央部
    を閉止位置に保ち、電気駆動信号の前記ソレノイドへの作用に応答して、前記ダ
    イアフラムの中央部を開放位置に動かすように動作する請求項１によるバルブ。
  9. 【請求項９】以下を備えるバルブ： バルブハウジングであって、このハウジングは、平坦な面と、この面の周
    辺にそって対称的に配置された前記面に対し直角な平坦な複数の側面とを有し、
    前記表面は、共通の開口と個々の開口とを有し、前記共通の開口は、前記面の中
    央に位置し、各個々の開口は、前記側面の内の対応する一つの側面近くに位置し
    ていて、各側面は、弁座を形成する凹所領域を形成し、この弁座は、その中央領
    域が実質的に平坦で、その周縁にそってシーリングエッジを有しており、前記バ
    ルブハウジングは、その内部に共通する複数の流体チャンネルのセットと個々の
    複数の流体チャンネルのセットを形成し、各共通するチャンネルそれぞれは、前
    記共通する開口と、対応する弁座の第１の開口との間に延びており、各個々のチ
    ャンネルは、対応する個々の開口と、対応する弁座の第２の開口との間に延びて
    いるものであり； 複数の対になった複数のチューブであって、各対における前記複数のチュ
    ーブは、対応する弁座の第１と第２の開口にそれぞれ配置され、各対における各
    チューブは、対応する開口の周縁を液密にシールするもので、各チューブの一端
    は、対応する弁座の中央領域から僅かに突出しているもの； 複数のダイアフラムであって、各ダイアフラムは、対応する弁座を覆うも
    ので、各ダイアフラムは、弾性がある不浸透性のマテリアルから作られており、
    前記弁座のシーリングエッジと液密に密接封止係合する周縁のシーリングエッジ
    を有し、前記ダイアフラムは、前記弁座に対する閉止位置と、前記弁座から離れ
    る開放位置との間を動く中央部を有する一方前記ダイアフラムのそれぞれのエッ
    ジとと前記弁座との間の密接封止係合が維持され、前記中央部は、閉止位置のと
    き、前記弁座に向けて十分に伸びて、前記チューブの突出端部を封止カバーする
    と共に前記中央部は、開放位置にあるとき、前記チューブの突出端部を覆われな
    いように前記弁座から離れるように伸びる構成のもの； ソレノイドであって、各ソレノイドは、前記弁座の内の対応する一つにお
    いて前記ハウジングに取り付けられており、かつ、前記対応するダイアフラムの
    中央部に結合される可動の案内シャフトを有し、各ソレノイドは、該ソレノイド
    に作用する電気信号の働きで、前記ダイアフラムの中央部を閉止位置と開放位置
    の両位置に保つように動作し、前記ソレノイドは、閉止位置にあるときは、前記
    ダイアフラムの中央部に十分な力を作用させて、前記ダイアフラムと前記チュー
    ブの突出した端部との間をそれぞれ封止するシールを保つように動作するもの。
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